JPH11188517A - 穿孔制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転切削部が油圧又は空気圧駆動等の場合に
回転切削部の送り及び戻しの自動制御が行える穿孔制御
装置を提供する。 【解決手段】 送り用電動機５の負荷電流値から、穿孔
時・非穿孔時を判断することができる。これを利用し
て、制御回路９では、送り用電動機５の負荷電流を検出
しながら穿孔を行い、穿孔終了時に無負荷電流値を検出
したとき送り用電動機５へ停止命令をおくり、自動的に
穿孔停止制御を行う。穿孔終了か否かは、予め定めたし
きい値との比較で行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は穿孔制御装置に係わ
り、特に回転切削部が油圧又は空気圧駆動等の場合に回
転切削部の送り及び戻しの自動制御が行える穿孔制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドリルに代表される回転式の切削工具を
使用して穿孔を行う場合に、工具の主軸回転を行う電動
モータの負荷電流（主電動機負荷電流）値から穿孔、非
穿孔を判断することができる。従来、穿孔中に主電動機
負荷電流を監視し、この電流値が穿孔から非穿孔に変化
したとき、工具の送り動作を穿孔完了後に停止して切削
の効率を向上するという技術が知られている。（特開平
３−２１３２４６号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、工具の
主軸回転機構として電動モータの使用が適切でない場合
（道路工事現場あるいは建築工事現場をはじめとした工
具の種類が限定される穿孔現場等）には、油圧や空気圧
駆動モータを使用する場合がある。これらのモータは一
般に圧力を一定に保ち定速度回転を行う。そのため、電
動モータ使用時の主電動機負荷電流検出にかわる適切な
負荷トルクの検出方法がないという問題があった。本発
明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、回
転切削部が油圧又は空気圧駆動等の場合に回転切削部の
送り及び戻しの自動制御が行える穿孔制御装置を提供す
ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このため本発明（請求項
１）は、被穿孔対象に対し切削刃物を押し当て被穿孔対
象の一部を回転切削する回転切削手段と、該回転切削手
段を前記被穿孔対象に向けて送り及び戻し動作をさせる
送り方向移動手段を備えた穿孔制御装置において、該送
り方向移動手段の負荷量を検出する負荷量検出手段と、
該負荷量検出手段で検出した負荷量に基づき前記送り方
向移動手段を停止する停止制御手段を備えて構成した。
被穿孔対象を穿孔する場合、まず送り方向移動手段によ
り回転切削手段を被穿孔対象に向けて送り動作をさせ
る。その後、回転切削手段に取り付けられた切削刃物を
被穿孔対象に対し押し当てつつ被穿孔対象を穿孔する。
そして、穿孔後に送り方向移動手段により回転切削手段
の戻し動作をさせる。

【０００５】この一連の穿孔作業の過程において、送り
方向移動手段の負荷量は変動する。従って、負荷量検出
手段で送り方向移動手段の負荷量を検出する。負荷量
は、送り方向移動手段に電動機を用いた場合には、電流
の大きさが相当し、また送り方向移動手段に油圧又は空
気圧駆動を用いた場合でも、各圧力の大きさや送量等が
測定出来る場合にはこれに相当する。停止制御手段で
は、負荷量検出手段で検出した負荷量に基づき、送り方
向移動手段を停止する。このことにより、回転切削手段
から負荷量を検出し難い場合にも回転切削手段の送り及
び戻しの自動制御が行える。

【０００６】また、本発明（請求項２）は、前記停止制
御手段は、前記回転切削手段の穿孔開始を検出する穿孔
開始検出部と、該穿孔開始検出部で穿孔開始を検出した
後に前記送り方向移動手段の送りの停止位置を前記負荷
量検出手段で検出した負荷量と前記回転切削手段が非穿
孔のときに前記負荷量検出手段で検出した非穿孔時負荷
量の大きさに基づき予め設定したしきい値とを比較する
ことで判定する停止判定部を備えて構成した。穿孔開始
検出部では、回転切削手段の穿孔開始を検出する。停止
判定部では、穿孔開始検出部で穿孔開始を検出した後
に、送り方向移動手段の送りの停止位置を負荷量検出手
段で検出した負荷量と穿孔開始前の非穿孔時負荷量に基
づき予め設定したしきい値とを比較することで判定す
る。穿孔開始を検出するのは、停止判定部でしきい値と
負荷量検出手段で検出した負荷量を比較するだけでは、
穿孔開始時を穿孔停止時と誤認する場合が考えられるか
らである。このことにより、穿孔停止時を精度よく認識
出来る。

【０００７】更に、本発明（請求項３）は、前記穿孔開
始検出部による穿孔開始の検出は、前記負荷量検出手段
で検出した負荷量を予め定めたしきい値と比較すること
で行うことを特徴とする。穿孔開始の検出を無負荷状態
から穿孔状態への移行過程の中で検出する。検出の仕方
は、負荷量検出手段で検出した負荷量を予め定めたしき
い値と比較することで行う。このことにより、しきい値
と比較するという簡単な処理で穿孔開始を検出すること
が出来る。

【０００８】穿孔開始の検出や停止判定部の判定には、
負荷量の大きさを元に行うことも出来るが、本発明（請
求項４）は、前記穿孔開始検出部による穿孔開始の検出
及び前記停止判定部の判定の内の少なくとも一方は、前
記負荷量検出手段で検出した負荷量の変動の傾斜を予め
定めたしきい値と比較することで行うことも可能であ
る。穿孔開始から穿孔作業を経て穿孔を停止するまで負
荷量は変動する。この変動を傾斜値として算出する。そ
して、この求めた傾斜値を予め定めたしきい値と比較す
れば、穿孔開始状態にあるのか、または送り方向移動手
段の送りを停止すべき状態にあるのか判断出来る。

【０００９】なお、停止判定部のしきい値は、固定とす
ることも出来るが、本発明（請求項５）は、前記停止判
定部のしきい値は、前記回転切削手段が非穿孔のときに
前記負荷量検出手段で検出した非穿孔時負荷量の大きさ
及び前記回転切削手段が穿孔のときに前記負荷量検出手
段で検出した穿孔時負荷量の大きさに基づき演算により
算出することも出来る。送り方向移動手段の負荷量（無
負荷時の負荷量を含む）は、被穿孔対象の材質や送り方
向移動手段固有の原因等により常に同じであるとは限ら
ない。このため、しきい値は、非穿孔時負荷量の大きさ
及び穿孔時負荷量の大きさに基づき演算によりその都度
最適な値を算出する。そして、ここで求めたしきい値の
データ値を停止判定部のしきい値として使用する。この
ことにより、被穿孔対象の材質等が異なった場合でも最
適な停止制御等が行える。

【００１０】ここで、穿孔開始検出部による穿孔開始の
検出は、送り方向移動手段の送りの負荷量から求めるこ
とも可能であるが、本発明（請求項６）は、前記穿孔開
始検出部による穿孔開始の検出は、前記送り方向移動手
段の送りの経過時間に基づき判定することも出来る。送
り方向移動手段の送り速度が定速の場合には、移動距離
は送り方向移動手段の送りの経過時間に比例する。従っ
て、刃物から被穿孔対象までの距離を予め測定し、経過
時間を推定又は実験的に予め経過時間を測定しておくこ
とで穿孔開始を判定することが出来る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１に本発明の実施形態の全体構成
図を示す。全体構成図は、本発明の第１実施形態及び第
２実施形態に共通である。図１において、主軸回転機構
１の主軸先端には、回転刃物３が取り付けられている。
主軸回転機構１は、回転切削手段に相当する。回転刃物
３は、被穿孔対象物１１に対し押し付けられつつ回転駆
動されるようになっている。被穿孔対象物１１は、例え
ば金属管である。主軸回転機構１は油圧駆動されるよう
になっている。送り用電動機５は、サーボモータで構成
されており、送り方向移動手段に相当する。送り用電動
機５の本体部はテーブル１３に固定されている。

【００１２】そして、送り用電動機５の先端に取り付け
られたねじ軸１５が送り用電動機５により回転されるこ
とによって主軸回転機構１が高さ方向（図中Ｚ軸方向）
に上下動されるようになっている。送り用電動機５の内
部には負荷電流の検出を行うため電流検出部７が組み込
まれている。電流検出部７は、負荷量検出手段に相当す
る。電流検出部７で検出された電流は、制御回路９に送
られるようになっている。被穿孔対象物１１はテーブル
１３の直下に置かれており、またテーブル１３は、Ｘ軸
方向にも移動可能なようになっている。更に、被穿孔対
象物１１である金属管の外周に沿っても金属管との離隔
を等長にとりながら３６０度移動可能なようになってい
る。

【００１３】次に、本発明の第１実施形態の動作を説明
する。送り用電動機５の負荷電流は図２に示すように変
化する。図２において、波形２１は、被穿孔対象物１１
の材質が外力に対してあまり延びを示さない材質の場合
であり、一方、波形２３は、被穿孔対象物１１の材質が
外力に対して延びのある材質の場合である。この送り用
電動機５の負荷電流値から、穿孔時・非穿孔時を判断す
ることができる。これを利用して、制御回路９では、送
り用電動機５の負荷電流を検出しながら穿孔を行い、穿
孔終了時に無負荷電流値を検出したとき送り用電動機５
へ停止命令をおくり、自動的に穿孔停止制御を行う。穿
孔終了か否かは、予め定めたしきい値との比較で行う。

【００１４】次にフローチャートを用いて本発明の第１
実施形態の詳細な動作を説明する。図３において、ステ
ップ０（図中Ｓ０と略す。以下、同様）は、穿孔前の待
機状態であり、制御回路９からの穿孔指令を待ってい
る。ステップ１では、制御回路９からの穿孔指令に基づ
き送り用電動機５が送りを開始する。ステップ２では、
電流検出部７で送り用電動機５の負荷電流値を計測す
る。ステップ３では、この計測した負荷電流値が予め設
定した穿孔しきい値以上か否かを判断する。穿孔しきい
値未満のときはステップ２の負荷電流値の計測とステッ
プ３の判断を繰り返し行う。

【００１５】負荷電流値は、ねじ軸１５の摩擦状態、テ
ーブル１３の移動位置、テーブル１３の設置状態及び重
力の影響等によりその大きさが多少変動する。このた
め、無負荷電流値を精度良く検出するためには、電流検
出部７で送り用電動機５の負荷電流値を穿孔の都度監視
することが望ましい。一方、負荷電流値が穿孔しきい値
以上のときは、ステップ４で主軸回転機構１の回転刃物
３が被穿孔対象物１１に対し穿孔開始の状態であること
を確認する。この穿孔開始の状態を確認するのは、後に
ステップ６で行う停止しきい値との比較が、一旦穿孔の
行われた後に判断されるようにするためである。

【００１６】ステップ５では、この穿孔開始後の送り用
電動機５の負荷電流値を計測する。そして、ステップ６
で、この計測した負荷電流値が予め設定した停止しきい
値未満か否かを判断する。停止しきい値は、送り用電動
機５の無負荷時の電流値を元に、この電流値の変動幅に
対し裕度を加えて予め設定しておく。このように予め固
定の停止しきい値を設定することは、同じ材質を連続し
て穿孔するなど、切削対象、条件等が限定される場合に
は特に有効である。

【００１７】計測した負荷電流値が予め設定した停止し
きい値以上のときは、ステップ５の負荷電流値の計測と
ステップ６の判断を繰り返し行う。このときは、まだ穿
孔作業の継続中である。そして、計測した負荷電流値が
予め設定した停止しきい値未満のときは、ステップ７に
進む。計測した負荷電流値が無負荷時の電流値を再び示
すのは、回転刃物３が、被穿孔対象物１１を貫通した後
である。ステップ７では、制御回路９から送り用電動機
５の停止命令が出される。その結果、送り用電動機５は
停止する。その後、ステップ８で送り用電動機５は送り
動作時とは逆回転して主軸回転機構１の戻し動作をす
る。そして、ステップ９で所定位置にて停止させられ、
ステップ０の状態に戻る。以上により、停止しきい値は
固定であることから、制御回路９による制御は簡略化で
きる。

【００１８】次に、本発明の第２実施形態の動作を説明
する。本発明の第２実施形態では、本発明の第１実施形
態とは異なり、穿孔終了か否かの判定をその都度最適な
しきい値を見出しつつ行う。本発明の第１実施形態のよ
うに、しきい値を固定とすることは、制御が容易になる
反面、無負荷時の電流値に対する相当程度の裕度が必要
になる。このため、この裕度を極力抑えられるようにし
きい値を穿孔作業の行われる度に演算により求める。こ
のことにより、切削効率の良い最適な停止制御が行え
る。

【００１９】次にフローチャートを用いて本発明の第２
実施形態の詳細な動作を説明する。尚、図３と同一要素
のものについては同一符号を付して説明は省略する。図
４において、ステップ１０１では、電流検出部７で送り
用電動機５の送り開始後の無負荷電流値を計測する。そ
して、ステップ１０２でこの無負荷電流値を記憶保存す
る。ステップ１０３では、ステップ１０２で求めた無負
荷電流値と、ステップ５で求めた負荷電流値から停止し
きい値を演算する。無負荷電流値と負荷電流値を求める
のは、被穿孔対象物１１の材質や主軸回転機構１の設置
状況等によりこれらの値は穿孔毎に異なることが想定さ
れるからである。

【００２０】このときの停止しきい値の算出方法は、無
負荷電流値と負荷電流値間の差に対し所定比率（例えば
２０％）を乗ずることで求めても良いし、また負荷電流
値から一律に所定比率の所で定めてもよい。更に、無負
荷電流値と負荷電流値間の電流変化の傾きに基づき、そ
れに所定比率を乗じて停止しきい値を求めても良い。但
し、このときには、ステップ６の比較処理は、「負荷電
流値の電流変化の傾き＜停止しきい値」に変更する必要
がある。このことにより回転刃物３の状態および被穿孔
対象物１１の材料等の切削条件によらず、穿孔毎に最適
な停止しきい値で制卸が可能となる。このため、停止制
御の精度が向上し、更に一層切削効率の良い停止制御が
行える。

【００２１】なお、ステップ２及びステップ３に関し、
穿孔探さ（回転刃物３の移動距離）は時間に比例するた
め、予め回転刃物３の移動開始点と被穿孔対象物１１の
表面との距離を測定して経過時間によって穿孔開始を判
断するようにしても良い。以上により主軸回転機構１が
油圧・空気圧駆動等であり、主軸回転の負荷検出が難し
い場合にも自動による穿孔停止制御が可能となる。従っ
て、道路工事現場あるいは建築工事現場をはじめとした
工具の種類が限定される穿孔現場において、作業の効率
を向上できる。なお、送り用電動機５には、サーボモー
タを用いた。このため、制御回路９からの停止指令に対
し、時間遅れなく確実に停止出来る。また、サーボモー
タは負荷トルクのモニタ機能を持つものが多く、その場
合には、新たに電流検出部を付加せずにその機能を負荷
電流検出機構として利用できる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、負
荷量検出手段により送り方向移動手段側の負荷量を検出
し、この負荷量に基づき送り方向移動手段を停止するよ
うに構成したので、回転切削手段が油圧又は空気圧駆動
等で主軸回転の負荷検出が難しい場合でも、回転切削手
段の送り及び戻しの自動制御が行える。

【００２３】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態の全体構成図

【図２】 送り用電動機の負荷電流の変化を示す図

【図３】 本発明の第１実施形態の詳細な動作を説明す
るフローチャート

【図４】 本発明の第２実施形態の詳細な動作を説明す
るフローチャート

【符号の説明】

１ 主軸回転機構 ３ 回転刃物 ５ 送り用電動機 ７ 電流検出部 ９ 制御回路 １１ 被穿孔対象物 １３ テーブル １５ ねじ軸 ２１ 被穿孔対象物の材質が外力に対してあまり延びを
示さない材質の場合の送り用電動機の負荷電流 ２３ 被穿孔対象物の材質が外力に対して延びのある材
質の場合の送り用電動機の負荷電流

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被穿孔対象に対し切削刃物を押し当て被
   穿孔対象の一部を回転切削する回転切削手段と、該回転
   切削手段を前記被穿孔対象に向けて送り及び戻し動作を
   させる送り方向移動手段を備えた穿孔制御装置におい
   て、該送り方向移動手段の負荷量を検出する負荷量検出
   手段と、該負荷量検出手段で検出した負荷量に基づき前
   記送り方向移動手段を停止する停止制御手段を備えたこ
   とを特徴とする穿孔制御装置。
2. 【請求項２】 前記停止制御手段は、前記回転切削手段
   の穿孔開始を検出する穿孔開始検出部と、該穿孔開始検
   出部で穿孔開始を検出した後に前記送り方向移動手段の
   送りの停止位置を前記負荷量検出手段で検出した負荷量
   と前記回転切削手段が非穿孔のときに前記負荷量検出手
   段で検出した非穿孔時負荷量の大きさに基づき予め設定
   したしきい値とを比較することで判定する停止判定部を
   備えたことを特徴とする請求項１記載の穿孔制御装置。
3. 【請求項３】 前記穿孔開始検出部による穿孔開始の検
   出は、前記負荷量検出手段で検出した負荷量を予め定め
   たしきい値と比較することで行うことを特徴とする請求
   項２記載の穿孔制御装置。
4. 【請求項４】 前記穿孔開始検出部による穿孔開始の検
   出及び前記停止判定部の判定の内の少なくとも一方は、
   前記負荷量検出手段で検出した負荷量の変動の傾斜を予
   め定めたしきい値と比較することで行うことを特徴とす
   る請求項２又は請求項３記載の穿孔制御装置。
5. 【請求項５】 前記停止判定部のしきい値は、前記回転
   切削手段が非穿孔のときに前記負荷量検出手段で検出し
   た非穿孔時負荷量の大きさ及び前記回転切削手段が穿孔
   のときに前記負荷量検出手段で検出した穿孔時負荷量の
   大きさに基づき演算により算出することを特徴とする請
   求項２、３又は４記載の穿孔制御装置。
6. 【請求項６】 前記穿孔開始検出部による穿孔開始の検
   出は、前記送り方向移動手段の送りの経過時間に基づき
   判定することを特徴とする請求項２、３、４又は５記載
   の穿孔制御装置。